1 前 言

     今（jīn）日之世界可謂是電子化（huà）產品無所不在的世界,從計算機、手（shǒu）機（jī）、光驅、數字相機、攝影機、投影機（jī）等（děng）皆（jiē）與民眾生活息息相關, 其數量以千萬計, 內（nèi）部之（zhī）金屬零件更以數十倍計, 其製造工藝大多為衝壓加工成形, 當形狀較為複雜時, 便（biàn）以鑄（zhù）造、焊接、粉末燒結甚至（zhì）塑料射出成形以（yǐ）達到尺寸或（huò）功能的要求。究其原因乃在於衝壓工藝僅能對板材進行衝（chōng）切、彎曲或拉伸等工藝, 無（wú）法施以（yǐ）材料厚（hòu）度上變化之塑性成形工藝（yì）, 因此所能成形之產品在形狀上便受到限製。

      從金屬塑性成形加工技（jì）術之發展及3C 產品內部零件（jiàn）的變化可以發現（xiàn）, 越來越（yuè）多的零件在體積小型化（huà）、重量輕量化、節省組裝及（jí）加工（gōng）成本等趨勢要求下, 逐漸將2~ 3 個零（líng）件合而為一, 並由單（dān）一工藝生產出來, 此工藝便是由日本所開（kāi）發出來之板（bǎn）材衝鍛（duàn）複合（hé）成形（xíng）工藝, 亦可稱（chēng）為冷鍛連續模工藝。其主要特點在於將（jiāng）冷鍛（duàn）工序與衝壓連續模結合, 使此（cǐ）工藝可以在連續模內進行衝（chōng）壓及鍛造成形, 使產品在外形及厚度上可以產生極大之變化, 達到零件結合或進而（ér）取代原本需鑄造、燒（shāo）結（jié）、焊接或（huò）機（jī）械加（jiā）工之工藝。相（xiàng）應地, 為了達到零（líng）件之（zhī）精度要求, 亦需特殊成形設備及高精度模具加工（gōng）組裝之配合。由於此（cǐ）工藝尚（shàng）未為大家所熟知, 因此作了如上述較多之說明。圖1 中顯示此工藝（yì）可（kě）成形零件之形（xíng）狀特（tè）征、尺寸（cùn）及（jí）精（jīng）度。

      衝（chōng）鍛複合成形工藝所涵蓋之塑性加工技術種類極多, 諸如（rú）精密衝切、彎曲、引（yǐn）伸( draw ing) 及本（běn）身（shēn）就具多（duō）樣變化之鍛造工程: 如引（yǐn）縮( Ironing) 、壓扁( upset ting ) 、擠伸( ex trusion) 或利用毛邊之閉模鍛等。本研究開發介紹之案例（lì）為封裝用的銅散熱（rè）片及光（guāng）驅主（zhǔ）軸馬達之一體型承載盤, 如圖2 所示,以下僅就其（qí）所包含之成形工序加以說明（míng）, 並對其工藝條件、研究過程及結果作一討（tǎo）論。

2 工藝規劃及模具設計

     首先就本（běn）研（yán）究產品的外形（xíng）分析其在鍛造成形時,成形（xíng）工藝之種類、材料流動之特性（xìng）以及精度要求對模具設（shè）計之影響作一先期之判斷, 以利後續的成形工藝規劃及模具設計。

     就銅散熱片而言, 主要工序為壓扁（biǎn）及厚度（dù）精整,圖（tú）3 為此零件的成形加工圖, 圖中列出了主要尺寸精度, 平麵度及平行度之（zhī）要求皆為0.02mm, 厚度壓縮比( T min/ T max ) 達30% , 散熱片材料采用純銅C1100, 此材料的成形性及厚度精（jīng）度的控（kòng）製是此產（chǎn）品在設計（jì）過程中的關鍵。

     另一產品) ) ) 光驅主軸（zhóu）馬達的一體型承載盤（pán）,為結合原承載盤及盤片對心機構的二合一組件, 采用鋁合金5052 材料; 從圖2 及（jí）圖4 中之剖麵可以了

      解此零件在（zài）鍛造過程中材料流動的複雜性, 如何（hé）合理分（fèn）配材料（liào）體積, 使鍛造過（guò）程在較低（dī）成形負荷下能（néng）順利成形各處尺寸成為主要關鍵, 主要成（chéng）形（xíng）工序為鍛造及壓（yā）扁; 另外, 此零件對於同（tóng）心度及偏（piān）擺度之要求, 亦成為（wéi）模具設計時（shí）需注意之處。

     以下針對工藝規劃及模具設計（jì）作一討論:

     1) 銅散熱片

      銅材之前後（hòu）向擠伸比其它（tā）材料較為容易, 因此（cǐ）外圍壓扁（biǎn）工藝之前之料條厚度需小（xiǎo）於（yú）零件最厚處 ( 1.36mm) 。

      外圍材料（liào）之（zhī）壓扁及厚度精整工藝在（zài）材料厚度精度控製上, 需考慮模麵應力分布曲線產生之模具變形對其平（píng）麵度（dù）及平（píng）行度之影響。其克服方式有降（jiàng）低接觸麵之摩（mó）擦係數, 包含模麵（miàn）拋光及潤滑劑之使用;高剛性模具的采用如采用WC 材料或設（shè）置衝頭壓力板以分散降低（dī）應力; 另外, 材料之分流控製亦可（kě）有效降低成形負荷及模（mó）麵應力, 即在外圍材料受到壓扁時, 材料在往內及往外兩方向上皆可自由流（liú）動,如（rú）此可使中性（xìng）麵( 材料不流動之斷麵) 往（wǎng）外圍之中央移動, 可有效（xiào）降低模麵應力峰值, 以獲得良好的平（píng）麵（miàn）度, 如圖5 所示。

      2) 主軸馬達-體（tǐ）型承載盤

      適當的（de）材料厚度選用（yòng）與鍛造工藝規劃相互之搭配（pèi）影（yǐng）響（xiǎng）整體設計的成敗, 為（wéi）了確保連續模的（de）成功開發, 可進行單一工藝的（de）試驗模及計算機輔助仿真。圖（tú）6 為此零件鍛造成（chéng）形（xíng）的（de）工藝規劃, 首先利用外圍毛邊拘束將厚度2mm 的坯料進行體積分配, 接（jiē）著進行外圍承載麵的（de）成形、對心機構之成形及（jí）中孔（kǒng）擠（jǐ）伸後的衝孔, 在這些過程中, 對體積的控製必須預留可調整之空間及工位, 以確保（bǎo）成形至要求（qiú）之尺寸。

      對軸孔真圓度及表麵精度的要求, 可利用衝（chōng）孔（kǒng）工藝（yì）配合1~ 2 次刮料工序, 再配合表麵精（jīng）度0.2Lm之心軸進行光整精修。

     軸孔與對心（xīn）機構外徑之同心度要求小至0.01mm, 若分別進行成形, 則料帶之定位孔及模具保持間隙之定位累積誤差將超出此精度要（yào）求, 因此為了達到此同心（xīn）度要求, 必須將對心機構之整形工藝與軸孔之最後刮料工藝於同一道次進行, 並配合模具加工之高同心度要求及零間隙配（pèi）合條件方可達成。模（mó）具（jù）結構示意見圖7 所示。

      偏擺度的精度（dù）要求為0102mm, 成形機構原理和同心度成形機構（gòu）相同（tóng）, 利用軸孔定位（wèi）後整平承載平麵, 此時模具之平麵度、平行度及垂直（zhí）度要求極為重要。

     3) 成形設備及模具加工條件

     由（yóu）前述對此（cǐ）衝鍛複合成形工藝可生產產品的（de）精度可達0.02mm 來看, 其模具（jù）之精度需（xū）求必須達±2μm, 模具零（líng）件的配合產（chǎn）生之累計公差亦（yì）需控製在（zài）合理範圍內。而欲維持模塊在高速及高（gāo）成形負荷下能保持其精度, 則與其匹配之（zhī）成形設備必須具備足（zú）夠之精度及剛性（xìng）, 非一（yī）般傳統的衝壓壓床所能勝任。

      另外, 為了使產品在厚度（dù）方向尺寸能達到高精度,而且在產（chǎn）量上具備穩定性, 要求壓（yā）床的驅動係統（tǒng）采用特殊設計之多連杆機（jī）構, 具備（bèi）在下死點前約30b至40b齒輪角度範圍內, 上滑（huá）塊隻前進約0105mm,幾近停止之狀態。

      如此搭配（pèi）所代表的意義為: 當（dāng）製造一高精度產品時, 必（bì）須建立一係統技（jì）術, 包含材料品質、模具設計加工組裝、生產及外圍設備（bèi）、潤滑及檢測等,方（fāng）能達成目標。

3 研（yán）究結果

     經由前述鍛造工藝之規劃, 再加入定位（wèi）孔（kǒng）、係（xì）帶橋（qiáo）帶、內外型衝切等連續模工序完成連（lián）續模之（zhī）料條布列設計。圖8 顯示此兩種產品的料條布列圖。銅散熱片連（lián）續模包含（hán）11 道次成形工序, 成形負荷147t, 送料節距42mm。產品外觀如圖2 所示,幾何平麵度01012mm、平行度01016mm、尺寸公差0101mm~ 0102mm。主軸馬達) 體型承（chéng）載盤（pán）連續模共15 道次成形工序, 成形負（fù）荷120t , 送料節距44mm, 產品及剖麵如圖2 所示。

     在設計及量產（chǎn）製造（zào）上有幾點必須加以考慮:

      1) 衝鍛連（lián）續模中包含（hán）鍛造（zào）工序, 其成形負荷遠大於一（yī）般衝切, 尤其以壓扁（biǎn）及有（yǒu）毛邊鍛造為甚, 因此極易引起模座受到偏心負荷而造（zào）成模座傾（qīng）斜或衝頭折斷等不良影響（xiǎng）, 因此可以加入空站或在適當位置輔以壓扁工序以求得較為平衡之負荷分布, 另外亦可以下死點檔塊（kuài）防止（zhǐ）傾斜。

      2) 大變形量鍛造產生之（zhī）變形（xíng）熱（rè）必須加以適（shì）當排出（chū）, 否則以連（lián）續模之生產（chǎn）速（sù）度( 40spm~ 60spm) 將

 

       累積可觀之熱量於成形模具之上, 造成（chéng）模具（jù）尺寸變大變長, 強度減弱（ruò）, 最終造（zào）成模具（jù）破（pò）損及產品尺寸（cùn）變化等影響, 因此必須對鍛造工序施以良好冷卻,方（fāng）能（néng）確保量產之順利。

     3) 鍛造的（de）高壓及成形新生麵的產生（shēng）, 皆（jiē）需求良（liáng）好抗壓之潤滑劑, 為了提（tí）升模具壽命、得到良好工件表（biǎo）麵品質, 確保量產（chǎn）性, 必須選擇適當（dāng）之潤滑劑及潤滑方式。

4 結 論

     本（běn）研究旨在於實際產品之開發, 建（jiàn）立衝鍛複合成形連（lián）續模之（zhī）設計及係統技術（shù）。由此可以得知（zhī）未（wèi）來可應（yīng）用產品的尺寸變化多樣性, 是以往一般衝壓工藝無法達成的（de）, 而冷鍛（duàn）不具成本競爭效益（yì）, 因此,需要大量（liàng）穩定量產而具低成本需求的產品, 可由此工藝技術獲得解決。如前所述, 世界（jiè）的電（diàn）子化將促（cù）使更多的產品對此技術（shù）之需求, 值得在此技術領域的工（gōng）作（zuò）者投入相關之研究, 本文僅在此作一拋磚引玉之舉。